background image

x

1

 

M

M

M

179,5 

118,5 

x

1

 

x

1

 

0,0629

 

Zadnie 12.3. 

Napędzany silnikiem wał stalowy o stałej średnicy, obracając się ze stałą prędkością  

n obr

/min przekazuje moc do dwóch maszyn, których zapotrzebowanie mocy wynosi 

odpowiednio N

1

 i N

2

. Wyznaczyć wymaganą moc silnika. Sporządzić wykres momentów 

skręcających. Dobrać średnicę wału i dla tej średnicy sporządzić wykres kątów skręcenia. 

Sporządzić wykres naprężeń stycznych wzdłuż promienia wału i napędowego koła pasowego 

(przekrój A). Koło pasowe o średnicy D wykonane z aluminium  

Dane: = 0,8m, D = 12 cm, N

1

 = 10 kW, N

2

 = 15 kW, n = 1200 obr/min,  

dla stali: 

 = 83 GPa, 

 = 40 MPa, dla aluminium: 

= ?? MPa. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Praca potrzebna do obrotu wału o kąt 

= ,  jest równa  =

=

 , gdzie 

ω

  jest 

prędkością kątową [rad/s]. Moc silnika N, jest pracą L wykonaną w jednostce czasu,   

 =

=

=

30 ,

=

30

We wzorach uwzględniono związek pomiędzy 

ω

  wyrażoną w radianach oraz  n-liczbą 

obrotów na minutę:  

= 2 /60.  

Wartość momentów skręcających:  

=

30

= 10 ∙ 10

30

∙ 1200   !/ " = 79

,

%

=

%

30

= 15 ∙ 10

30

∙ 1200   !/ " = 118,5

,

0,5a 

N

1,2a 

N

x

1

 

A

 

N

 

0,2a 

Wektory  
momentów  
skręcających 

M

s

  

[Nm] 

0,0325 

 

 

[rad]

 

a) 

c) 

b) 

Naprężenia styczne  
w wale i kole pasowym 

τ

max

=

40 

0,9

 

 

[MPa] 

background image

Wyznaczenie momentu napędzającego : 

=

)

− −

%

= 0  ,          

)

= 79

+ 118,5

= 179,5

 

Podpory B i E są łożyskami zapewniającymi obrót wału bez oporów ruchu. Przedziały 

zmienności momentu skręcającego określono jako:  

ABC   

 

 

 

CDE 

 

 

 

 

        

,-

= −

= 179,5

 , 

 -.

= −

%

= −118,5

.

 

 

Naprężenia styczne, projektowanie średnicy wału, kąty skręcenia.  

Wał o przekroju kołowym pełnym o stałej średnicy,  

/

0

=

1∙2

3

%

 ,  

4

0

=

12

5

6

.   

Najbardziej wytężony odcinek wału AC, gdzie max wartość naprężenia stycznego  

7

8 9

,-

=

:

;<

=

>

=

:

;<

12

5

16 ≤

.

  

Obliczenie średnicy wału:  

@ ≥ B

6:

;<

1C

D

5

= E

6∙ F,GHIJK8

1∙L,M

NO

PQR

5

=  2,84 T 

Przyjęto średnicę wału = 2,84 cm: J

o

=6,39 cm

4

W

o

=4,5 cm

3

G

st

J

o

 = 53037 kNcm

2

.  

Max naprężenia styczne wzdłuż poszczególnych odcinków wału wynoszą: 

odcinek AC:   

7

8 9

,-

=

:

;<

=

>

=

F,GH IJK8

L,H K8

5

= 3,99

IJ

K8

R

= 39,9  UV 

odcinek CE:   

7

8 9

-.

=

:

<W

=

>

=

,XH IJK8

L,H K8

5

= 2,63

IJ

K8

R

= 26,3  UV 

Max naprężenie styczne wału stalowego, równe naprężeniom dopuszczalnym 

7

8 9

40 MPa , występuje wzdłuż AC, na powierzchni bocznej wału w kierunku równoległym i 
prostopadłym do osi. 

Aluminiowe koło pasowe o średnicy D = 10 cm:  J

= 981,7 cm

4

W

= 196,3 cm

4

7

8 9

,

=

,

4

0

=

17,95 ] T

196,3 T

= 0,09

]

T

%

= 0,9  UV 

W kole pasowym naprężenia styczne znacznie niższe od dopuszczalnych. 

Kąt skręcenia przekroju B:    

^

=

:

_

;`

· ,%

bc

d

=

F,GHIJK8∙G6 K8

H M F IJK8

R

= 0,0325 !V@ 

Kąt skręcenia przekroju C (całkowity kąt skręcania): 

K

=

^

+

:

_

`<

· ,F

bc

d

=

,XH IJK8∙ 6 K8

H M F IJK8

R

= 0,0325 + 0,0304 = 0,0629 !V@ . 

M

CE 

M

AC 

M

A

 

M